汽车涂装工艺

汽车涂装工艺

根据马汝成教授2009年11月21日

在浙江汽车工程学院授课的录音资料整理

马汝成教授简介

马汝成，浙江汽车工程学院特聘教授；现任机械工业第九设计研究院副总工程师，研究员级高级工程师。兼任中国汽车工程学会特聘专家、涂装分会常务理事、中国汽车工业科学技术进步奖评委、机械工业优秀工程勘察设计奖评委、一汽集团公司高级专家、享受国务院政府特殊津贴。一直从事涂装工艺设计与研究、综合项目主师设计工作。

先后主持和参加了150多项国家大中型汽车工厂设计任务：一汽大众15万辆及换型扩产30万辆轿车，一汽大众二轿车厂，一汽中重型卡车，哈飞20万辆轿车，昌铃10万辆汽车，厦门金龙2000辆中高档大客车，天津一汽丰田新花冠等。

在技术管理中，参与制定和主持了100余项大中型工厂工艺设计方案审查工作，开发了《汽车工厂涂装车间设计手册》、《涂装设备订货任务书》、《轿车水性漆涂装专用设备设计工艺要求》等10余项科技进步课题。

曾荣获国家和机械工业、汽车工业、一汽集团科技进步奖和优秀工程设计奖16项，获第六批“全国工程勘察设计大师”称号；撰写并在全国范围内发表了20多篇论文。

目录

汽车涂装工艺…………………………………………………………1-57 第一章概述………………………………………………………………………3-6 第二章涂装工艺…………………………………………………………………7-21

第三章涂装设备………………………………………………………………22-34

第四章涂装车间的工艺平面布置……………………………………………35-37

第五章涂装车间的洁净要求 (38)

第六章涂装车间的环保………………………………………………………39-40

第七章涂装车间的节能………………………………………………………41-45

第八章我国轿车涂装工艺技术现状 (46)

第九章轿车车身涂装工艺技术发展动态及方向……………………………47-55

第十章涂装车间工厂规划基础………………………………………………56-57

第一章概述

一、涂装基本概念

（一）涂装基本概念

1、涂装：

涂装是将涂料涂在物体（物品）表面经过干燥成膜的工艺过程。

2.涂装的功能：

（1）涂装的功能：

涂装的功能是保护作用、装饰作用和特种功能。

（2）防腐蚀功能指标：

上世纪90年代以前汽车涂装重点研究的是防腐性，90年代以后重点研究的是装饰性。德国大众防腐蚀功能指标是3年无表面锈蚀，12年无穿孔锈蚀；美国防腐蚀功能指标是8年无结构锈蚀。

3.涂料的组成：

涂料也称油漆，由颜料、树脂、溶剂、及添加剂等组成。

（1）颜料：

颜料不溶于水、油、溶剂，其作用是使涂层具有一定颜色、强韧性及耐久性，如锌铬酸盐、铝片、云母等。

（2）树脂：

树脂是涂膜的主要成分，决定漆膜的性能，如环氧树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂等。

（3）溶剂：

溶剂是用来溶解树脂、油脂，将涂料稀释到涂装的粘度的，常用的溶剂包括醇类、酯类、醚类、酮类、烃类物质。

（4）添加剂：

添加剂具有专用用途，如染料、杀菌剂、防锈剂、防火剂、干燥剂、消光剂等。

4.涂料种类：

涂料的种类有溶剂型漆（油漆）、水性漆、粉末涂料和特种贴膜。

5.涂装的三要素：

涂装的三要素是指涂装材料、涂装工艺和涂装管理。

6.涂装车间（又称油漆车间）：

涂装车间是指将涂料涂于被涂物上，制成满足规定质量要求产品的施工场所。

二、汽车涂装的特点

（一）汽车涂装的特点：

1.高级保护性涂装：

高级保护性涂装的特点是强调防腐蚀性及耐候性；

2.中、高级装饰性涂装：

中、高级装饰性涂装的特点是强调色彩、光泽、鲜映性和丰满度；

3.典型的工业涂装：

最典型的工业涂装的特点是大批量、高节奏和自动化；

4.多层涂装：

多层涂装的特点是对底漆层、中涂层、面漆层（多次面漆层）分别加以控制；

三、汽车涂装的分类

（一）汽车涂装的分类：

汽车涂装产品涂层分类表表2-1

序号涂层分类名称涂装产品名称

1 车外上部涂层

1.1 高级装饰涂层高级轿车车身

1.2 中级装饰涂层普通轿车、吉普车、轿货车等

1.3 一般装饰涂层普通客车、轻型车及卡车驾驶室、覆盖件等

1.4 外部非金属件装饰涂层塑料保险杠、塑料车轮罩盖、塑料装饰条等

1.5 外部防护装饰黑涂层保险杠、雨刮器、后视镜壳体及支架、外露脚踏板等1.6 重级防护一般装饰涂层轿货车箱、出口轻型车车箱及卡车车箱等

1.7 中级防护一般装饰涂层轻型车车箱、卡车车箱、轿车油箱等

汽车涂装产品涂层分类表续表2-1

序号涂层分类名称涂装产品名称

1.8 轻级防护一般装饰涂层翻斗车车箱、改装车车箱等

2 车外底部涂层

2.1 重级防护底部涂层高级轿车车轮、弹簧、托架等、副车架等

2.2 中级防护底部涂层普通轿车车轮、弹簧、托架、制动系统零件等

2.3 中级防护底部涂层轻中重型卡车、客车的车架、车轮、底盘零件等

2.5 轻级防护底部涂层车桥总成、传动轴、制动系统零件、减振器等

3 车内件涂层

3.1 重级防护内部涂层高档发动机、变速箱等

3.2 中级防护内部涂层一般发动机、变速箱等

3.3 轻级防护内部涂层非外露铸锻件、毛坯及中厚板件半成品等

3.4 车身内部非金属件涂层仪表板、杂物盒、烟灰缸、装饰条等塑料件

4 特种涂层

4.1 耐酸涂层蓄电池箱及托架等

4.2 耐热涂层消声器、进排气管、缸盖等零件

4.3 防声、绝热、抗磨、耐冲

击涂层

车体下表面及顶棚内表面

四、涂层标准

汽车涂装常用的涂层标准是机械部颁发的《汽车涂装涂层》QC/T484-1999标准以及国内各汽车集团依据此标准编制的自己的企业标准。以下为一些常用涂装标准的案例：

（一）常用涂装标准：

1.涂层技术要求：

汽车涂装工艺涂层技术要求（高级轿车车身）

序号涂层名称产品名称涂层主要质量技术要求

1 高级装饰

涂层高级轿车

车身

1.漆膜外观：平整光滑，无漆膜缺陷；光泽、鲜映性……。

2.漆膜厚度：本色漆≥110μm；金属漆≥120μm。

3.机械性能：铅笔硬度、附着力、冲击强度、抗擦伤

性、抗石击性…… 。

4.耐化学品性能：…… 。

5.耐汽油性：…… 。

6.耐机油性：…… 。

7.耐盐雾腐蚀性：底漆层≥ 840h。

8.耐湿热性：500h漆膜无变化。

9.耐温变性：…… 。

10.人工老化：…… 。

11.耐候性：海南或广州曝晒24个月后，漆膜无龟裂、起

泡、剥落和明显褪色，失光率≤10％。在南方地区使用8

年不允许严重失光和变色。

2.涂层防腐蚀性标准：

涂层防腐蚀性是指涂层的抗腐蚀介质破坏的能力。

涂层防腐蚀等级评定指标汇总表

序号防腐蚀等级评定指标试验方法

1 高级防护底部涂层漆膜耐盐雾腐蚀试验≥1008h GB/T1771Y06－006

2 高级装饰涂层、中

级装饰涂层、高级

防护底部涂层

漆膜耐盐雾腐蚀试验≥840h GB/T1771Y06－006

3.涂层耐侯性标准：

涂层耐候性是指涂层的抗大气环境作用的能力。

涂层耐候性等级评定指标汇总表

序号防腐蚀等级评定指标试验方法

1 高级防护底部涂层漆膜耐盐雾腐蚀试验≥1008h GB/T1771Y06－006

2 高级装饰涂层、中

级装饰涂层、高级

防护底部涂层

漆膜耐盐雾腐蚀试验≥840h GB/T1771Y06－006

4.涂层耐侯性标准：

涂层耐候性是指涂层的抗大气环境作用的能力。

涂层耐候性等级评定指标汇总表

序号耐侯性等级评定指标试验方法

1 高级装饰涂层人工老化试验1440h后漆膜失光率≤30％，抛

光后漆膜失光率≤10％。

海南或广州曝晒24个月后漆膜失光率≤10％。

GB/T1865

GB/T9276

第二章涂装工艺

一、前处理工艺

（一）前处理工艺的定义、处理方式及组成：

1.定义：

前处理工艺是指漆前表面前处理工艺又称预处理工艺。

2.处理方式：

前处理工艺常用的处理方式为喷淋或浸渍，浸渍包括全浸及半浸。

3.组成：

前处理工艺一般由脱脂、表调、磷化、钝化、水洗、纯水洗等工序组成，其中主要工序为脱脂、表调、磷化及钝化处理。

（1）脱脂处理：

脱脂的作用是使工件表面无油，有利于涂层附着在工件上。其机理是皂化、乳化、分散溶解和机械作用等。

工件表面的油脂包括除动植物油脂和中性矿物油脂。动植物油脂是利用强碱性清洗剂与动植物油进行皂化反应，使其溶解分散在清洗液中脱离工件表面。中性矿物油脂是依靠乳化的方式将油脂包围分割成细小的油滴而分散（乳化）到清洗液中脱离工件表面。

脱脂处理常需要控制的工艺参数是脱脂时间、脱脂温度和含油量。一般喷淋方式脱脂时间控制在(1～2)min，浸渍方式脱脂时间控制在(2～5)min；脱脂温度控制在55℃～65℃。脱脂处理需要通过油水分离装置或倒槽的方法来控制槽液的含油量，一般含油量控制在不超过4g/L（3000ppm）。

（2）表调处理：

表调的作用是是改变金属表面的微观状态，使磷化过程中形成结晶细小、均匀、致密的磷化膜。表调液的主要成分是磷酸钛盐。

表调的原理如图2-1所示，表调的主要成分磷酸钛盐对金属表面有极强的吸附作用，在基板表面形成多数的微细表调成分（晶核），作为磷化反应的结晶原点，促使磷化形成均匀的磷酸盐结晶，增加结晶核数，限制大晶体生长，使磷化膜细

化和致密，促进了磷化膜的微细化，缩短了磷化时间，降低了膜厚。

表面调整成分磷化膜结晶

图2-1 表调作用原理图

表调处理常需要控制的工艺参数是表调总碱度、表调时间和表调温度。表调的总碱度一般控制在（1.5～4）pt，表调的时间一般控制在(0.5～1)min；表调的温度一般控制在40℃以下。

（3）磷化处理：

磷化处理是指磷化剂与脱脂后的金属表面反应，在金属表面析出磷化膜结晶，在金属层生根形成磷化膜的过程，磷化膜要求均匀、致密。磷化膜的结晶成份为Zn2Fe(PO4)3·4H2O和Zn3(PO4)2·4H2O。磷化的作用是提高金属工件耐蚀性，提高涂层与金属附着力。

常用耐碱性及P比来衡量磷化膜的质量。磷酸二锌铁〔Zn2Fe(PO4)3.4H2O〕的结晶含量称为P，磷酸锌〔Zn3(PO4)2.4H2O〕的结晶含量称为H，两种磷酸盐结晶的含量之比称为P比，即P比＝P/P+H。P比高则磷化膜耐碱性好。阴极电泳时工件表面形成强碱性层， PH值升高可达到12以上。磷酸锌结晶在此PH值下被溶解；磷酸二锌铁不溶解。磷化膜的P比越大溶解越少。一般磷化膜的质量标准为耐碱性PH值＞12；P比＞0.9。

磷化处理常需要控制的工艺参数是总酸度、游离酸度、促进剂含量、磷化时间和磷化温度及含渣量。一般磷化的总酸度控制在（16～24）Pt；游离酸度控制在（0.6～1.0）Pt；促进剂含量控制在（4～5.5）Pt；磷化时间控制在2min～3min；磷化温度控制在45℃～55℃；含渣量控制在≤0.5 g/L。磷化渣的主要成份为Fe3(PO4)2），一般常选用产渣量小于3g/m2的磷化液。

（4）钝化处理：

●钝化处理是指由于磷化膜结晶之间存在缝隙，用强氧化剂与磷化膜结晶反

应对其缝隙进行封闭的过程。通常采用的氧化剂是铬酸和无铬钝化剂。钝

化的作用是改善磷化膜与电泳涂膜的配套性，提高磷化膜的耐腐蚀性、附

着力和抗石击能力。

●磷化膜中磷酸锌结晶含量较高的、P比较低的，应采用钝化工艺。

●钝化处理常需要控制的的工艺参数是钝化时间和钝化温度。钝化时间一般

控制在(0.5～1)min。钝化温度控制在室温～40℃。

（二）前处理工艺流程:

下面以轿车车身涂装为例说明前处理工艺流程。见下表2-1及下图2-2。

前处理工艺流程表表2-1

序号工序名称处理方式时间(min) 温度(℃)

1 热水洗喷0.5 50±5

2 预脱脂喷0.5 60±5

3 脱脂喷－浸－喷 3 60±5

4 №1水洗喷0.

5 RT

5 №2水洗浸－喷浸入即出RT

6 表调浸浸入即出RT～40

7 磷化浸－喷 3 45±5

8 №3水洗喷0.5 RT

9 №4水洗浸－喷浸入即出RT

10 钝化浸浸入即出RT

11 循环DI水洗浸－喷浸入即出RT

12 新鲜DI水洗喷0.25 RT

图2-2 前处理工艺流程示意图

（三）前处理工艺的进步：

前处理工艺的进步主要体现在以下几个方面：

①开发采用不含有害物的环保型前处理药剂，如无P 、N 型脱脂剂 。 ②开发采用长效的表面调整剂。

③开发采用无Ni 、NO2磷化液，低温少渣型磷化液。 ④采用无铬钝化工艺。

⑤强化和开发节水和回收前处理用水的技术措施。 ⑥采用两次热水洗工序。 ⑦采用两次预脱脂工序。

二、电泳涂装工艺

（一）电泳涂装的定义、分类、原理、特点及优点：

1.电泳涂装的定义：

电泳涂装是将工件作为一个电极，与一相反电极同时浸入电泳涂料中，在电场的作用下，涂料离解成带电粒子，与工件带电相反的涂料粒子泳到工件表面上，形成均匀的涂膜的过程。 2.电泳涂装的分类：

电泳涂装有阳极电泳涂装和阴极电泳涂装两种方式。阳极电泳涂装是指涂料粒子带负电荷，工件作为阳极的涂装方式。阴极电泳涂装是指涂料粒子带正电荷，工件作为阴极的涂装方式。 3.电泳涂装的原理及特点：

①

②

③

⑨⑩

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨

⑩

在整个电泳过程中伴随着电解、电泳、电沉积、电渗四种电化学物理现象。电解是指电泳过程中水发生电解的过程。电泳是指在电场的作用下涂料离解成带电涂料粒子，向工件泳动的过程。电沉积是指涂料粒子在工件上的析出沉积形成电泳膜的过程。电渗是指在电场的持续作用下，电泳膜内的水分渗出，使涂膜脱水的过程。

轿车车身底漆涂装采用阴极电泳工艺，阴极电泳工件在电泳槽中为负极，在电场作用下，表面产生氢氧根阴离子，阳离子型涂料聚集到工件表面与氢氧根反应沉积在工件表面形成电泳膜。

在阴极电泳过程中，阴极电泳与磷化膜的配套性尤为重要。因为在阴极电泳过程中，工件的周围聚集大量的OH-离子，使工件表面的PH值大于12，显示强碱性（如下图2-3所示）；磷化膜必须能够抵抗强碱性腐蚀，才不会被溶解，保证磷化膜完好地涂上电泳涂层。

阳极

阴极--工件

电流OH?a

OH－

阴极电泳涂料+

图2-3 阴极电泳过程示意图

4.电泳涂装的特性：

电泳涂装法的一个主要特性是环抱涂装性，使汽车车身内外表面都能涂上漆。对这一特性的评价是泳透力。

5.电泳涂装的优点：

电泳涂装法的优点主要有以下几点：

①能实现自动化涂装，适应大量流水线生产。

②具有较高泳透力，使车身内腔和缝隙能涂上漆，防锈性能优异。

③涂膜均匀，能控制涂膜的厚度。

④涂料利用率高，在采用超滤的场合可达95％以上。

⑤涂装公害小，无火灾危险。

⑥电泳涂膜的耐腐蚀（盐雾）性和耐潮湿性优良，提高汽车车身的使用寿命。（二）电泳涂装的主要工艺参数：

1.固体份：

固体份是指电泳涂料的不挥发部分。一般槽液的固体份控制在（19±1）％。

2.有机溶剂含量：

有机溶剂含量是指提高涂料水溶性和槽液稳定性添加的有机溶剂。一般槽液的有机溶剂含量控制在4％左右。

3.工作电压：

工作电压是指能获得规定合格涂膜厚度的电压。

4.破坏电压：

破坏电压是指超出工作电压上限，使涂膜炸裂、绝缘被破坏的电压。

5.临界电压：

临界电压是指低于工作电压下限，几乎涂泳不上漆膜的电压。

6.PH值：

原漆和槽液呈酸性，一般槽液的PH值保持在5.8～6.7之间。

7.库伦效率：

库仑效率是表示涂膜生长难易程度的目标值，阴极电泳涂料的库仑效率应大于30mg/C。

8.泳透力：

泳透力是指使背离电极的被涂物表面涂上漆的能力。

9.槽液的更新周期：

消耗电泳涂料累计使用量达到初始配槽所用涂料量时称为一个更新周期。一般为（6～8）周。

10.电泳时间：

电泳的时间一般控制在（2～4）min。

11.槽液温度：

槽液温度一般控制在（29±1）℃。

（三）电泳涂装的涂料：

电泳涂装的涂料分为阳极电泳漆和阴极电泳漆。阳极电泳漆常用的有酚醛树脂、聚丁二烯树脂阳极电泳漆。阴极电泳漆常用的有环氧树脂、聚氨树脂阴极电泳漆。

（四）电泳涂装的主要辅助装置：

1.超滤（UF）装置：

超滤的作用是通过超率膜渗透（过滤）电泳漆中水和小分子，回收电泳涂料，控制金属离子含量，提供电泳后冲洗用的超滤液。可使电泳漆的回收率达95％以上。

2.反渗透（RO）装置：

反渗透的作用是与超滤（UF）装置结合提供电泳后冲洗清洗液来代替DI水，并回收电泳涂料。与超滤（UF）装置结合可使电泳漆的回收率达99％以上。

3.超滤和反渗透的原理：

超滤和反渗透的原理如下图2-4所示：

超滤原理反渗透原理

图2-4 超滤(UF)和反渗透（RO）的原理图

（五）电泳涂装工艺流程：

以轿车车身涂装为例说明阴极电泳涂装的工艺流程，见下表2-2：

轿车车身阴极电泳涂装的工艺流程表2-2

序号工序名称处理方式时间(min) 温度(℃)

1 阴极电泳（含0#UF液洗）浸－喷 3 29±1

2 №1UF液洗喷0.5 RT

3 №2UF液洗浸－喷浸入即出RT

4 新鲜UF液洗喷0.2

5 RT

5 循环DI水洗浸－喷浸入即出RT

6 新鲜DI水洗喷0.25 RT

沥液

7 电泳烘干热风循环30 车身170～180

8 强冷强制冷却车身≤50

三、密封、粘接及车底防护工艺

（一）密封工艺：

密封工艺是指在驾驶室、发动机室和盖、行李箱和盖、车门等板金结合部位涂密封胶的过程，可以使汽车具有很好的密封、防锈、耐久和舒适性。如下图2-5、图2-6、图2-7所示：

图2-5 高工位密封胶工位图2-6 前底板与中地板的底部密封

图2-7 前围与前地板的底部密封

（二）粘接工艺：

粘接是指在发动机盖、行李箱盖内表面板和加强筋部位涂粘接剂。

（三）车底防护工艺：

车底防护工艺是指在车底喷涂防石击、防声和隔热涂料。部位包括：轮罩下表面、车地板下表面、门槛底部等。如下图2-8所示：

图2-8 车底涂料自动喷涂工位

（四）防声、防震垫粘贴工艺：

将防声及防震垫粘贴在驾驶室内部地板上可以起到整车隔音降噪的作用。（五）密封、车底防护、防声及防震用工艺材料：

密封及车底防护用涂料由PVC（聚氯乙烯）树脂、增塑剂、填充料、附着力增强剂组成。

防声、防震垫是以沥青为主要成分制成的板状成型件。

（六）密封、车底防护工艺的进步：

1.工艺材料的进步：

车身密封和车底涂装材料逐步轻量化。采用较低密度的PVC树脂填料，每台车可减轻重量1～2kg。

2.工艺装备的进步：

采用自动翻转机械化设备运输和用机器人喷涂，使车身底部朝上，方便喷车底，保证防护质量。如下图2-9所示：